銅催化烯基硅烷的去對(duì)稱化硼氫化反應(yīng) 合成硅立體中心的有機(jī)硅烷

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      目前，手性硅烷的催化不對(duì)稱合成領(lǐng)域的發(fā)展較慢，僅有為數(shù)不多的報(bào)道，其種，含有(多于)兩個(gè)立體中心的手性硅烷的不對(duì)稱合成是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。我們利用銅催化雙乙烯基取代硅烷的去對(duì)稱化硼氫化策略，快速、方便地合成一系列高對(duì)映及非對(duì)映選擇性的、帶有連續(xù)手性硅、手性碳立體中心的含硼有機(jī)硅化合物。

背景介紹

      手性硅化合物在化學(xué)、材料、生物、醫(yī)藥等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。由于sp²雜化的硅極其不穩(wěn)定，手性硅化合物只能通過潛手性硅烷的去對(duì)稱化獲得。然而與手性碳相比，硅原子易于形成高價(jià)中間體(5-、6-配位配合物)發(fā)生Berry假旋轉(zhuǎn)而外消旋化,導(dǎo)致硅立體中心的構(gòu)建具有更大挑戰(zhàn)性。^[1] 迄今為止，手性硅立體中心的構(gòu)建主要有三種催化策略：1) 以二氫硅烷為底物的Si-H鍵的去對(duì)稱化，例如金屬Pd、Rh、Ir或Pt催化的二氫硅烷與炔、酮和烯烴的不對(duì)稱氫硅化反應(yīng)及二氫硅烷的卡賓插入和醇解(圖1A，i)；2) 金屬Pd或Rh催化C–Si鍵活化的去對(duì)稱化(圖1A，ii)；3）金屬Pd或Rh催化的C-H鍵活化、[2+2+2]環(huán)加成反應(yīng)等(圖1A，iii)。盡管上述方法都可以有效的構(gòu)建硅立體中心，但是反應(yīng)仍然存在一些限制:如現(xiàn)有的方法主要是針對(duì)單一硅立體中心的構(gòu)建，對(duì)于多立體中心的手性硅化合物的合成研究較少，且非對(duì)映選擇性不易控制；幾乎所有的轉(zhuǎn)化都需要使用一些貴金屬催化劑，如Pd、Rh、Ir、Pt等，目前只有零星的廉價(jià)、低毒催化劑的應(yīng)用實(shí)例；缺乏一種有效的方法來在目標(biāo)有機(jī)硅烷分子中引入一個(gè)靈活、易于后期修飾的官能團(tuán)，從而限制了更有價(jià)值或更復(fù)雜的手性硅化合物的合成。

                                                                                       圖1. 過渡金屬催化的前手性硅烷的去對(duì)稱化

研究出發(fā)點(diǎn)

      基于有機(jī)硼化合物在有機(jī)合成中的廣泛應(yīng)用價(jià)值，過渡金屬催化的不飽和烴的不對(duì)稱氫硼化反應(yīng)受到了廣泛研究，并取得了豐富的研究進(jìn)展。^[2] 考慮到手性硅合成已有報(bào)道中所存在的問題，結(jié)合有機(jī)硼化合物的優(yōu)點(diǎn)，我們?cè)O(shè)想利用雙烯基硅烷的不對(duì)稱硼氫化反應(yīng)，去對(duì)稱化地構(gòu)建硅立體中心的同時(shí)向分子中引入重要的硼基團(tuán)，從而實(shí)現(xiàn)含有連續(xù)手性硅、手性碳立體中心的含硼手性硅化合物的合成。該設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)在于整個(gè)去對(duì)稱化過程中反應(yīng)化學(xué)、區(qū)域、非對(duì)映以及對(duì)映選擇性的調(diào)控，以及在高活性親核試劑的存在下如何避免已構(gòu)建的硅立體中心可能的消旋化。

      基于我們前期利用不飽和烴替代傳統(tǒng)金屬試劑用于不對(duì)稱轉(zhuǎn)化的策略，在Cu催化實(shí)現(xiàn)了系列不飽和烴的不對(duì)稱轉(zhuǎn)化(Org. Lett. 2017, 19, 3067； Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 13130；Chem. Sci. 2019, 10, 1802；Org. Lett. 2019, 21, 3576)；以及結(jié)合上述硼化學(xué)的優(yōu)勢(shì)，我們?cè)O(shè)計(jì)了銅催化雙苯乙烯基硅烷與聯(lián)硼酸頻哪醇酯 (B₂pin₂)去對(duì)稱化的硼氫化反應(yīng)，以高的對(duì)映及非對(duì)映選擇性合成了一系列多手性中心的含硼有機(jī)硅烷，該反應(yīng)條件溫和，官能團(tuán)兼容性良好(圖1 B)。
圖文解析

      該反應(yīng)具有良好的底物適用范圍，一系列烷氧基取代的雙烯基硅烷均可以很好地反應(yīng)，以中等到良好的收率得到預(yù)期的含有連續(xù)手性硅、手性碳立體中心的含硼有機(jī)硅化合物， ee值可高達(dá)98% (圖3)。值得注意的是，非苯乙烯基類型的雙烯基硅烷1t也可以順利轉(zhuǎn)化為反馬氏產(chǎn)物2t，對(duì)映選擇性良好。這種與1a-1s相反的區(qū)域選擇性可能歸因于有機(jī)中間體的穩(wěn)定性。

▲圖3. 不同烷氧基取代的雙烯基硅烷底物擴(kuò)展

      接下來我們還嘗試了烷基取代的雙烯基硅烷，發(fā)現(xiàn)反應(yīng)也可以順利的發(fā)生(圖4)。盡管-Me、或-Et取代的產(chǎn)率，非對(duì)映選擇性有所降低，但是增大烷基取代基的空間結(jié)構(gòu)，反應(yīng)可以很好地控制反應(yīng)的非對(duì)映選擇性。

▲圖4. 不同烷基取代的雙烯基硅烷底物擴(kuò)展

      為了進(jìn)一步確定該轉(zhuǎn)化的實(shí)用性，我們進(jìn)行了克級(jí)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)1a在標(biāo)準(zhǔn)條件下反應(yīng)可以得到65%收率的產(chǎn)物 2a (1.01g)，對(duì)映選擇性完全沒有損耗(97% ee)。隨后的官能團(tuán)轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)也可以說明我們所合成的手性硅化合物可以進(jìn)一步衍生應(yīng)用(圖5)。

                                                                             ▲圖5. 克級(jí)實(shí)驗(yàn)與含硼有機(jī)硅烷的應(yīng)用

總結(jié)與展望

      總之，該策略通過雙烯基硅烷的不對(duì)稱硼氫化反應(yīng)實(shí)現(xiàn)了含有連續(xù)手性硅、手性碳立體中含硼手性硅化合物的合成，不僅增加了有機(jī)硅化合物的復(fù)雜性及后繼步驟的可再修飾性，同時(shí)也為多立體中心、多官能化的手性硅合成提供了新思路。
參考文獻(xiàn)

[1] (a) Y.-M. Cui, Y. Lin, L.-W. Xu, Coord. Chem. Rev. 2017, 330, 37；(b) R. Shintani,Synlett 2018, 29, 388.[2] (a) J. Chen, J. Guo, Z. Lu, Chin. J. Chem. 2018, 36, 1075; (b) X. Zeng, Chem. Rev. 2013, 113, 6864; (c) Y. Tsuji, T. Fujihara, Chem. Rec. 2016, 16, 2294; (d) S. P. Thomas, V. K. Aggarwal, Angew. Chem. Int. Ed. 2009, 48, 1896.

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